(57)【要約】  【課題】ごみおよび下水汚泥の溶融スラグの溶融スラグの持つ潜在水硬性を活用し、これを曲げ強度、圧縮強度に優れた固化材とすること及びこの固化材を用いて固化体を製造する製造方法を提供すること及びこの固化材とごみ及び下水汚泥の焼却灰を混合し、固化体を製造する製造方法を提供すること。  【解決手段】ごみおよび下水汚泥の溶融スラグと少量の石炭灰、生石灰、石膏、セメントを混合粉砕した試料を固化材とする。この固化材は、セメントと同様に水と混合すると固化体になる。さらにこの固化材とごみ及び下水汚泥の焼却灰の混合物は、水と混合すると急結と膨張することなく固化体になる。  【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ごみおよび下水汚泥の溶融スラグ２０〜９５重量％、生石灰２０〜２重量％、石炭灰２０〜２重量％、石膏１０％〜１％、セメント３０〜０重量％を微粉砕して、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下であるとする固化材
【請求項２】
請求項１記載の固化材に５〜６０重量％の水を加え、混合して締固めた固化体
【請求項３】
請求項１記載の固化材１０〜１００重量％とごみおよび下水汚泥灰９０〜０重量％を混合して、その混合物全重量の５〜６０重量％の水を加え、混合して締固めた固化体
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はごみ及び下水汚泥を溶融した溶融スラグを原料とした固化材及びこれを用いた固化体と固化材にごみ及び下水汚泥の焼却灰を混合した固化体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ごみ及び下水汚泥は、その大部分が焼却処分され、その焼却灰は埋立て処分されてきたが、平成１２年１月に施行されたダイオキシン類対策特別処理法に基づき、下水汚泥及びごみの焼却灰に含まれるダイオキシンの排出制限されるようになり、更に平成１４年１２月からはその基準値が見直され、この基準値を満たさない焼却施設は、休止して改善か廃止することが多くなった。
【０００３】
一部の焼却施設は、焼却灰が多量に排出され、最終処分場に埋立て処分されざるを得ない状態を続けている。この焼却灰の最終処分場は、排水処理などの維持管理費が自治体に大きな負担となっている。
【０００４】
また、多くの焼却施設は、ダイオキシン類の除去のために、ごみおよび下水汚泥の焼却に伴って発生する焼却灰を更に高温で溶融する処理方法を採用することとなり、この溶融物を冷却水によって急冷して製造される水砕スラグが多量に発生することとなった。
【０００５】
ごみ及び下水汚泥溶融スラグとごみ及び下水汚泥焼却灰は、有効利用できなければ残余年数の少ない最終処分場に埋立て処分されざるを得ない。
【０００６】
ごみ及び下水汚泥溶融スラグの利用は検討され始めており、コンクリート用細骨材としての利用や路盤材としての利用が盛んに検討されている。前者のコンクリート細骨材としての利用は、平成１４年７月に「一般廃棄物、下水汚泥等の溶融固化物を用いたコンクリート用細骨材（コンクリート用溶融スラグ細骨材）」としてＴＲ化（ＴＲ−Ａ−００１６）がなされ、溶融スラグの安定的な利用先になりつつある。また後者の路盤材としての利用も平成１４年７月に「道路用溶融スラグ」としてＴＲ化（ＴＲ−Ａ−００１７）がなされ、相応する量のごみ及び下水汚泥溶融スラグがこれに利用されつつある。
【０００７】
汚泥焼却灰を有効利用するために汚泥焼却灰にセメントを混入した場合の研究（非特許文献１）がある。この文献中に汚泥焼却灰を多量に混入した場合，急結とよばれる異常凝結の現象が発生している。このようにセメントと汚泥焼却灰を混入した場合、異常凝結を示すことがある。
【０００８】
ごみ焼却灰を有効利用するためにごみ焼却灰にセメントを混入した場合の研究（非特許文献２）がある。この文献中にセメントと粉砕しない焼却灰と水を混合して固化させた場合，打設後、顕著な膨張を示す。
【０００９】
このようにごみ及び汚泥焼却灰は、セメントと混合しても膨張、凝結することがあるため有効利用が進んでいない。
【００１０】
溶融スラグと焼却灰の排出量から考えると、更に安定した利用先が求められている。そこで本発明者は、溶融スラグと焼却灰の潜在水硬性に着目して、粉末の固化材と固化体を作製する。
【非特許文献１】松下博通，牧角龍憲，岸田政彦：下水汚泥焼却灰を混入したコンクリートの性質，セメント・コンクリート論文集、１９９７年、Ｎｏ．５１、Ｐ．４３６〜４４１
【非特許文献２】大久保  全陸，浦川  洋介：セメント固化されたゴミ焼却灰の物性に関する基礎的実験研究，日本建築学会九州支部研究報告，１９９２年，Ｐ．５７−６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述であるようにごみ及び下水汚泥溶融スラグとごみ及び下水汚泥焼却灰は有効利用されずに埋立て処分されているものがある。このようなごみ及び下水汚泥溶融スラグとごみ及び下水汚泥焼却灰の有効利用が緊急の課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ごみ及び下水汚泥焼却施設から排出される溶融スラグを原料とした固化材の製造方法とこの固化材を用いる固化体並びにこの固化材とごみ及び下水汚泥焼却施設から排出される焼却灰を用いる固化体の製造方法を提供することを課題としている。
【００１３】
請求項１の発明は、溶融スラグ２０〜９５重量％、生石灰２０〜２重量％、石炭灰２０〜２重量％、石膏１０〜１重量％、セメント３０〜０重量％を含み、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下であることを特徴とする固化材である。
【００１４】
ここで本発明における溶融スラグ、焼却灰とは、焼却施設で焼却処理されてこの焼却施設内に溜まった灰及び燃焼排ガス中から回収される飛灰を含むものであって、酸化カルシウム（ＣａＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２  Ｏ３）を主成分としている。
【００１５】
ここで本発明また本発明における石炭灰は二酸化アルミニウム（Ａｌ２  Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）を主成分としている。
【００１６】
そして請求項１において、下水汚泥およびごみ溶融スラグ、石炭灰，生石灰、石膏、セメントを上記重量％に規制したのは以下の理由による。
【００１７】
まず、溶融スラグの大量処分の観点から溶融スラグの重量％は、多いほど良いのであるが、この溶融スラグを固化体として有効利用する観点からは所要の強度を有する必要がある。即ち、溶融スラグが２０重量％未満の場合には、溶融スラグの大量処分の観点から効果が低く、一方溶融スラグが９５重量％を越えた場合には、必要な強度が得られない。そこで溶融スラグの含有量は２０〜９５重量％とした。
【００１８】
また石炭灰が２０重量％を超えると、それだけ溶融スラグの処分量が減少することから焼却灰の大量処分の観点から見て不経済である。一方２重量％未満では、必要な強度が得られなくなる。
【００１９】
また生石灰が２０重量％を超えると、それだけ溶融スラグの処分量が減少することから溶融スラグの大量処分の観点から見て不経済である。またコストが高くなり不経済である。一方２重量％未満では、必要な強度が得られなくなる。
【００２０】
また石膏が１０重量％を超えると、それだけ溶融スラグの処分量が減少することから溶融スラグの大量処分の観点から見て不経済である。またコストが高くなり不経済である。一方１重量％未満では、必要な強度が得られなくなる。
【００２１】
またセメントが３０重量％を超えると、それだけ溶融スラグの処分量が減少することから溶融スラグの大量処分の観点から見て不経済である。またコストが高くなり不経済である。
【００２２】
また主原料と混合材料とを混合したものを、全体の９０重量％以上が最大粒径２００μｍ以下となるよう微粉砕するようにしたのは、このように微粉砕することにより、固化体とした場合の強度を向上できるからである。最大粒径２００μｍを越える粒子が全体の１０％を越えて含まれると、必要な強度が得られなくなり、また均質性の低い材料となる。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項１の固化材１０〜１００重量％とごみ及び下水汚泥焼却灰９０〜０重量％と、その混合物の水５〜６０重量％を混合して固化体を製造する方法である
【００２４】
そして請求項３において、請求項１の固化材とごみおよび下水汚泥の焼却灰を上記重量％に規制したのは以下の理由による。
【００２５】
まず、焼却灰の大量処分の観点から焼却灰重量％は、多いほど良いのであるが、固化体として有効利用する観点からは所要の強度を有する必要がある。即ち、固化材が１０重量％未満の場合には、必要な強度が得られない。そこで固化材含有量は１０〜１００重量％とした。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の発明によれば、溶融スラグ２０〜９５重量％、生石灰２０〜２重量％、石炭灰２０〜２重量％、石膏１５〜１重量％、セメント３０〜０重量％を粉砕して、最大粒径２００μｍ以下としたので、所要の強度を有する固化体とし得る固化材を得ることができ、溶融スラグ埋め立て地を要することなく大量処分でき、かつ有効利用できる。
【００２７】
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の固化材に５〜６０重量％の水を加え、混合して締め固めたので、強度の高い固化体が得られる。
【００２８】
請求項３の発明によれば、請求項１に記載の固化材１０〜１００重量％とごみ及び下水汚泥焼却灰とその混合物と水５〜６０重量％を加え、混合して締め固めたので、異常凝結、膨張が少ない、強度の高い固化体が得られる。
【００２９】
このように本発明によれば、下水汚泥およびごみの溶融スラグから固化体を製造できる。そして本発明では、ごみおよび下水汚泥の溶融スラグを主原料としたことによりスラグを大量にかつ有効利用できる。そして本発明の固化材は様々な有益な特性を持つので、ごみ及び下水汚泥焼却灰と混合して固化体を製造するなど有効利用の可能性が極めて高い。さらに焼成など高温処理を必要とせず微粉砕だけで製造できるので、低コストで大量のごみおよび下水汚泥の溶融スラグと焼却灰を有効利用できる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を説明する
まず、本発明に係る固化材は、例えば図１に示すフローに従って製造される。
まず、溶融スラグを焼却設備から採取し、乾燥後、粉砕する。さらに、石炭灰、生石灰、石膏、セメントを適量に加えて混合し、この混合体を微粉砕処理する。本実施形態の粉砕、微粉砕では、重力式ミキサー（容量０．７５ｍ３）を用いた。なお、本発明における微粉砕はミキサーを使用したものに限定されないことは勿論である
【００３１】
上記重力式ミキサーに鉄球（直径１０ｃｍを４個、直径５ｃｍを３個、直径２ｃｍを５個）と乾燥させた溶融スラグを入れ、１分間に３０回転程度の回転速度で１時間〜１２時間回転後、上記原料（生石灰、石炭灰、石膏）を入れ、１分間に３０回転程度の回転速度で３時間〜１２０時間程度連続回転させる。これにより本発明に係る固化材が製造される。
【００３２】
図２は本実験形態における固化材の粒度分布を示す特性図であり、縦軸は通過百分率、横軸は粒径を対数表示により示している。
【００３３】
図２に示すように、固化材の粒度分布は、セメント、石炭灰より細かい粒子が多いことが分かる。平均粒径も３つの中で最も小さい。
【００３４】
〔実験例１〕
溶融スラグ９１重量％、石炭灰３．６重量％、生石灰３．６重量％、石膏１．８重量％を混合、粉砕することにより固化材を製造した。固化材の平均粒径が１４μｍ、固化材の９０重量％通過粒径が６５μｍである。この固化材全重量の２５重量％と３０重量％の水を混合、攪拌して直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円柱型枠に投入した。この供試体を１ヶ月養生後、圧縮試験をおこなった。なお、養生は、気温２０±３℃、湿度９０％以上のコンクリート養生室に気中に静置しておこなった。以下の実験例も同じ養生法でおこなっている。
【００３５】
表１は、上記溶融スラグ、生石灰、石炭灰、石膏を混合・微粉砕で製造した固化材と固化材重量の２５重量％、固化材重量の３０重量％の水をそれぞれ混合して固化体を製造した。その固化体の１ヶ月養生後の強度を示す。
【００３６】
Ａの圧縮強度は２２ＭＰａ、Ｂの圧縮強度は１２ＭＰａである。無筋コンクリートの設計強度が１８ＭＰａとなることが多いので、Ａは十分に実用性がある。
【００３７】
【表１】
2007217195.tif 000002
【００３８】
〔実験例２〕
溶融スラグ６９重量％、石炭灰７重量％、生石灰７重量％、石膏３重量％、ポルトランドセメント１４重量％を混合、粉砕することにより固化材を製造した。固化材の平均粒径が１４μｍ、固化材の９０重量％通過粒径が６５μｍである。この固化材全重量の３０重量％と４０重量％の水を混合、攪拌して直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの円柱型枠に投入した。この供試体を２週間と３ヶ月養生後、圧縮試験をおこなった。なお、養生は、気温２０±３℃、湿度９０％以上のコンクリート養生室に気中に静置しておこなった。以下の実験例も同じ養生法でおこなっている。
【００３９】
表２は、上記溶融スラグ、生石灰、石炭灰、石膏、セメントを混合・微粉砕で製造した固化材と固化材重量の３０重量％、固化材重量の４０重量％の水をそれぞれ混合して固化体を製造した。その固化体の２週間養生後と、３ヶ月養生後の強度を示す。
【００４０】
２週間養生後、Ａの圧縮強度は２８ＭＰａ、Ｂの圧縮強度は２３ＭＰａである。３ヶ月養生後、Ａの圧縮強度は、４０ＭＰａ、Ｂの圧縮強度は３０ＭＰａである。無筋コンクリートの設計強度が１８ＭＰａとなることが多いので、上記強度は十分に実用性がある。
【００４１】
【表２】
2007217195.tif 000003
【００４２】
〔実験例３〕
２ｍｍ以下の下水汚泥およびごみ溶融スラグを細骨材として使用した。上記実施例２で製造した固化材と固化材と２ｍｍ以下のふるいで分級した溶融スラグを細骨材として混合した。この固化材全重量の３０重量％の水を混合、攪拌して縦４ｃｍ、横４ｃｍ、長さ１６ｃｍ立方体型枠に投入した。この供試体の１ヶ月養生後、圧縮試験と曲げ試験を行った。
【００４３】
表３は、固化材と２ｍｍ以下のふるいで分級した溶融スラグと水を混合した固化体の強度を示す。Ａは固化材と固化材全重量の３０重量％の水を混合した場合、Ｂは固化材と固化材全重量の１００重量％の溶融スラグと固化材全重量の３０重量％の水を混合した場合、Ｃは固化材と固化材全重量の２００重量％の溶融スラグと固化材全重量の３０重量％の水を混合した場合である。
【００４４】
１ヶ月養生後、Ａの曲げ強度は、５．５ＭＰａ、Ｂの曲げ強度は７．２ＭＰａ、Ｃの曲げ強度は１．２ＭＰａ、Ａの圧縮強度は、３８．６ＭＰａ、Ｂの圧縮強度は３８．４ＭＰａ、Ｃの圧縮強度は９．１ＭＰａである。車道用インターロッキングの曲げ強度が３ＭＰａ、設計圧縮強度が１８ＭＰａとなるので、ＡとＢの強度は十分に実用性がある。しかし、Ｃの強度は不十分である。
【００４５】
【表３】
2007217195.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態による固化材を製造するフローチャートである。
【図２】上記固化材の粒度分布を示す特性図である。
【図１】
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【図２】
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